丛枝菌根与植物寄生性线虫相互作用及抗性机制

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能够与大多数陆地植物互惠共生,促进植物对养分的吸收,提高植物对各种生物和非生物胁迫的抗逆性,对植物健康生长有重要的作用。在土壤中丛枝菌根真菌与植物寄生性线虫共同依靠寄主植物根系完成生命循环,但二者对寄主植物作用完全相反,引起研究者广泛兴趣,成为菌根研究的热点和焦点之一。本文分析了丛植菌根真菌与植物寄生线虫的相互作用,并探讨了菌根提高植物对线虫抗性的可能机制:菌根真菌改善植物的生长和营养状况、改变植物根系形态结构、影响根系分泌物和根际微生物区系、诱导寄主植物产生防御反应等,旨在深入挖掘丛枝菌根真菌的生物学功能,进一步发挥其在农业生产中的应用潜力。

水稻/小麦间作中种间相互作用对镉吸收的影响

本研究应用盆栽实验的方法研究水稻和小麦间作条件下根系种间相互作用对水稻和小麦镉吸收的影响。采用塑料膜分隔、尼龙网(30μm孔径)分隔、不分隔方法等三个处理,研究根系种间相互作用。当水稻、小麦根系不分隔时,水稻、小麦地上部镉浓度比水稻、小麦塑料膜分隔时要低;水稻籽粒镉浓度比水稻单独种植籽粒的镉浓度要高出120％,而小麦籽粒镉浓度比小麦单独种植籽粒的镉浓度低40.4％。这一结果说明,水稻、小麦一起种植时均能降低水稻、小麦地上部对镉的吸收,但对镉在籽粒中的累积影响不同。

除草剂莠去津在实验室和农田尺度土壤中运移模拟的主要研究进展

莠去津是世界范围内应用广泛的化学除草剂之一,在我国主要用于东北和华北地区的玉米田。在世界许多国家和地区的地表水和地下水中已检出了莠去津及其残留物。本文首先对莠去津在土壤中运移模拟的研究意义进行了概述,接着较详细地介绍并分析了国内外学者采用各种数学模型对该农药在实验室土柱(槽)和农田尺度土壤中运移模拟的主要研究进展,指出了国内外研究水平的差距,为国内有关领域的科研人员进一步深入开展与此相关的研究工作提供了一定的参考依据。

不同改良措施对黄河南岸灌区盐碱土壤理化性质及团聚体特征的影响

【目的】黄河南岸灌区盐碱土壤盐分高、养分低、结构差等问题严重制约了当地农业和经济发展,探索低成本高效益的土壤改良产品有利于缓解当地耕地压力,促进作物增收。【方法】以黄河南岸灌区2种不同盐碱化程度土壤(中度和重度盐碱土)为研究对象,设置对照(CK)、3%玉米秸秆(T1)、3%牛粪(T2)、3%脱硫石膏(T3)、2%玉米秸秆配施1%牛粪(T4)以及2%玉米秸秆配施1%脱硫石膏(T5)共6个处理,通过室内培养试验,探究不同改良措施对黄灌区2种盐碱程度土壤理化性状和团聚体特征的影响。【结果】(1)不同改良措施均不同程度改善了土壤理化性质。其中,中度盐碱土T1处理p H值降幅为8.14%,有机碳量、全氮量增幅分别为72.99%、16.14%,T5处理p H值降幅为11.34%,有机碳量、全氮量增幅分别为43.75%、38.60%,无渗流条件下T1处理EC值与CK无显著差异,但T5处理EC值显著高于CK;重度盐碱土中,T2处理p H值、EC值降幅分别为1.50%、9.67%,有机碳量、全氮量增幅分别为66.48%、52.94%,T4处理土壤p H值、EC值降幅分别为4.01%、9.67%,有机碳量、全氮量增幅分别为48.94%、48.24%。(2)不同改良措施均改善了土壤团聚体结构和分布。其中,中度盐碱土中,T1处理>2 mm团聚体数量增加最显著,占比达到41.53%,GMD、WR_(0.25)最大,增幅分别达到305.2%、199.90%;T5处理0.25~2 mm团聚体数量增加最显著,占比达到65.10%,GMD、WR_(0.25)增幅分别为198.33%、204.72%。重度盐碱土中,T2处理0.25~2 mm团聚体数量增加最显著,其次为T4处理,二者分别为65.17%、59.92%,T2处理在促进团聚体稳定性表现最好,GMD最大,D最小。(3)不同改良措施中度盐碱土中主成分总得分表现为T5处理>T1处理>T2处理>T4处理>T3处理>CK,重度盐碱土中表现为T2处理>T4处理>T1处理>T5处理>T3处理>CK。【结论】综上,对于中度盐碱土,3%玉米秸秆处理(T1处理)和2%玉米秸秆配施1%脱硫石膏处理(T5处理)在改善土壤理化性状和团聚体结构整体表现较好;对于重度盐碱土,3%牛粪处理(T2处理)和2%玉米秸秆配施1%牛粪处理(T4处理)在改善土壤理化性状和团聚体结构整体表现较好。

有限差分异质多尺度方法求解非饱和土壤水流问题的计算效率(Ⅱ):数值实验

以控制体尺度取粗网格尺度的一半为例,探讨有限差分异质多尺度方法(FDHMM)求解非饱和土壤水流问题的计算效率。考虑两种不同的本构关系,把这种数值方法应用于包括不同的土壤质地和边界条件的几个测试例子中。在应用FDHMM模拟非均质非饱和土壤中的水流问题时,对于局部微观模型的求解,既考虑Dirichlet边界也考虑周期边界。数值实验表明:在仅使用一半微观信息的情况下,FDHMM能够有效地模拟特定土壤中的非稳定非饱和水流问题,单胞问题使用Dirichlet边界条件的FDHMM能大幅度地节省计算费用。数值实验还表明:FDHMM能够获得准确的全局质量守恒,且是一个全局收敛的算法。

硒在“土壤-作物-食品-人体”食物链中的流动

硒是人体内不可缺少的微量营养素,参与体内多种生理和代谢过程,目前全球约5~10亿人受到缺硒相关疾病威胁。在农业-食物系统中,硒主要通过土壤进入食物链,经作物富集,再通过膳食被人体摄入吸收。利用适宜农艺措施增强作物吸收转化土壤硒的能力,可使作物可食部位有效积累有机硒。但作物富硒并不意味着硒可以全部保留至食品中,食品加工环节的影响也极为关键,各种加工条件和参数会影响最终产品的硒含量和形态,从而影响其在人体内的生物利用度。本文综述硒元素在“土壤-作物-食品-人体”食物链中的流动过程,总结各环节影响食品中硒含量、形态和人体中硒生物利用度的关键因素,建议综合考虑各环节因素,以实现从农场到餐桌硒元素的高效转化。

农田土壤颗粒组成及其剖面分层的空间变异分析

对60m×55m的农田尺度上100个取样点土壤颗粒组成及剖面层次的空间变异性的传统统计分析表明,各属性的变异系数属中等强度。半方差函数模型均为球状模型,各属性具有一定的空间相关性,并表现有一定的各向异性。在对土壤颗粒组成及剖面层次空间分布趋势分析的基础上,根据半方差函数模型,对各属性选择不同趋势和异向性的普通Kriging内插值比较的结果表明,考虑变量在空间分布趋势和异向性的插值结果比不考虑要好。在以上分析基础上,利用Kriging内插值绘制各层深度和颗粒组成的等值线图,并分析了其空间分布规律。

不同施肥方式对土壤氨挥发和氧化亚氮排放的影响

采用密闭室间歇通气法和静态箱法对不同施肥方式(撒施后翻耕、条施后覆土、撒施后灌水)下的土壤氨挥发和氧化亚氮排放进行了研究.结果表明:不同施肥方式显著影响了土壤中的氨挥发和氧化亚氮排放.撒施后灌水处理明显促进了氨挥发,其最大氨挥发速率明显高于其它处理,氨挥发累计达2.465kgN.hm-2.不同施肥方式下氧化亚氮排放通量存在显著差异(P<0.05),且峰值出现时间也不同.施肥后第2天,撒施后灌水处理达到峰值,为193.66μg.m-2.h-1,而条施后覆土处理在施肥后第5天才出现峰值,为51.13μg.m-2.h-1,且其排放峰值在3种施肥方式中最低.撒施后灌水处理的氧化亚氮累积净排放量达121.55gN.hm-2,显著大于撒施后翻耕和条施后覆土处理.撒施后翻耕和条施后覆土处理能有效抑制氨挥发和氧化亚氮排放损失,是较为合理的施肥方式.

高肥力土壤冬小麦生长季肥料氮的去向研究 Ⅰ.冬小麦生长季肥料氮的去向

用15N示踪微区试验研究了常规灌溉和磷钾供应充足的条件下 ,冬小麦生育期肥料氮的去向。结果表明 ,冬小麦对肥料氮的吸收随施氮量的增加而显著增加 ,收获期冬小麦吸收肥料氮占总吸氮量的比例 45% ,吸收土壤氮占 55%。氮肥在整个作物 土壤体系中的回收率随施氮量的增加而显著减少 ,损失量增加。施氮量为 1 2 0kgN hm2 时 ,氮肥的损失率只有 9% ,在作物中的回收率为 45% ,在 0～ 1 0 0cm土壤中的残留率为 45% ;施氮量为 3 60kgN hm2 时 ,氮肥的损失率为 55% ,在作物中的回收率为2 3 % ,在 0～ 1 0 0cm土壤中的回收率为 2 1 %。残留肥料氮以NH4 N存在的数量很少 ,以NO3 N存在的数量随施氮量的增加而显著升高 ,低量施氮时以有机结合态存在的数量远远高于前两种形态 ,但在高量施氮条件下 ,以有机结合态存在的比例与NO3 N相当。肥料氮在 0～ 1 0 0cm土壤各层次中均有残留 ,随着深度的增加 ,残留量减少。从整体上看 ,肥料氮在收获时往下移动超出 1 0 0cm土体。

两种作物对土壤不同层次标记硝态氮利用的差异

利用^(15)N层标记的土柱试验法,研究了蔬菜和大田种植体系中菠菜、小麦两种作物及小麦的两个品种对土壤不同层次标记硝态氮利用的差异。结果表明,菠菜对土壤10～20、40～50、70～80cm层次标记硝态氮的利用率分别为40.7%、29.9%、23.4%,小麦两个品种小偃54和京411利用率分别为45.5%、16.1%、7.7%和32.5%、12.4%、4.7%。菠菜对土壤不同层次标记硝态氮的利用率显著大于小麦,小偃54对土壤不同层次标记硝态氮的利用率显著高于京411。作物的根长密度与相应土层标记硝态氮的利用率呈显著的正相关关系。作物收获后土壤剖面NO-3-N含量分布的总体趋势是菠菜小于小麦,小麦品种间为小偃54小于京411。土壤10～20cm层次的标记NO-3-N峰下移到40～50cm,40～50cm层次标记NO-3-N没有发生明显移动,而70～80cm层次标记NO-3-N可见较为明显的上移趋势,并在60cm左右出现累积峰。菠菜和小麦之间、小麦品种之间土壤不同层次标记NO-3-N的移动距离没有显著差异。

碳氮管理措施对冬小麦/夏玉米轮作体系作物产量、秸秆腐解、土壤CO_2排放的影响

【目的】系统地研究华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对不同碳氮管理措施的响应,为作物增产、土壤培肥、环境友好的"三赢"局面提供数据支持和理论依据。【方法】分别采用Nmin测试法、尼龙网袋埋藏法、静态碱液吸收法研究不同碳氮管理对冬小麦/夏玉米不同时期0—1 m土层硝态氮累积量、秸秆腐解、土壤CO2排放的影响。【结果】基于Nmin测试法的优化碳氮(Nopt,C+Nopt)处理和平衡氮素的碳氮(C+M,C+W)处理在冬小麦产量上为传统碳氮(Ncon,C+Ncon)处理的100.8%—115.9%;在夏玉米产量上,为传统处理的96.0%—116.4%;且能够节省48.2%—70.4%的氮肥用量。传统处理0—1m土层硝态氮累积量最高可达456.7和419.8 kgN.hm-2,而优化处理和平衡处理最高仅为283.3和180.6 kgN.hm-2,传统处理土壤中的硝酸盐被淋洗的风险要远高于优化处理和平衡处理。在低温干燥的冬小麦季,玉米秸秆腐解较慢,最后秸秆腐解率为61.7%—70.1%;在高温多雨的夏玉米季,小麦秸秆腐解较快,最后秸秆腐解率为56.7%—79.3%。土壤CO2排放具有明显的季节性变化,冬小麦季的日平均CO2排放量为4.8—10.8 gC.m-2,而夏玉米季为12.7—20.7 gC.m-2。施有机肥处理的土壤CO2排放量最大,为3 844.2和4 642.3 gC.m-2,且显著高于其它处理。【结论】基于Nmin测试法的优化碳氮管理措施和平衡氮素的碳氮管理措施不仅能够减少氮肥投入,稳定作物产量,还能降低0—1 m土层硝态氮累积量,培肥土壤。

超累积植物与高生物量植物提取镉效率的比较

利用植物修复污染的土壤已受到广泛的关注。采用土壤盆栽试验,比较了超累积植物遏蓝菜与3种高生物量植物印度芥菜、烟草和向日葵对长期施用含镉有机、无机肥料污染的土壤(总Cd,2.87mg.kg-1)的提取效率。研究结果表明,遏蓝菜富集镉的能力明显高于其他3种植物,其地上部镉含量可达43.7mg.kg-1,分别是烟草、印度芥菜和向日葵(叶)的10、27和56倍;而地上部生物量最高的植物烟草,其生物量干重为24.8g.pot-1,分别是遏蓝菜、印度芥菜、向日葵的35倍、3倍、2倍。4种植物提取镉最多的是烟草,每盆可以提取117μg,遏蓝菜和印度芥菜提取镉量分别为35μg.pot-1和30μg.pot-1,向日葵提取量最少,每盆仅为10μg左右。植物对土壤中镉的提取效率分别为:烟草1%,遏蓝菜0.6%,印度芥菜0.5%,向日葵0.08%。4种植物种植后,土壤总镉和有效态镉含量没有显著的变化。

包膜控释肥料在土壤中养分释放特性的测试方法与评价

在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。

土壤质地空间预测方法比较

土壤质地作为成分数据(compositional data)的一种,其空间插值需满足非负、定和、误差最小和无偏估计4个条件。采用成分克里格法(compositional Kriging)和基于对数比转换的普通克里格法对土壤质地各颗粒组成进行空间预测,均方根误差(root mean squared errors,RMSE)和标准化克里格方差(mean squared deviation ratio,MSDR)分别被用来衡量不同方法的预测精度及模型拟合效果。研究结果表明:对数比转换的普通克里格法和成分克里格法能够保证插值结果满足成分数据插值的4个条件;成分克里格法预测的各土壤颗粒组成的RMSE最小,预测精度最高,其黏粒RMSE值相对于非对称对数比转换的普通克里格法提高将近17%;成分克里格法的变异函数拟合效果总体上好于其他两种预测方法,预测结果极差更宽,更能反映土壤质地各颗粒组成与高程、母质和水域分布的关系。

玉米/空心菜间作降低土壤及蔬菜中硝酸盐含量的研究

菜地中过量的施用氮肥使土壤剖面中累积了大量的硝酸盐 ,会增加地下水的硝酸盐污染的风险 .选择了深根系的玉米和浅根系的空心菜间作来验证深根系作物和浅根系作物间作将降低土壤剖面硝酸盐累积的假说 .结果表明 ,间作有降低蔬菜地上部硝酸盐浓度和土壤剖面硝酸盐残留量的趋势 ;与单作种植相比 ,间作玉米的产量有显著增加 ,间作空心菜的产量没有显著降低 ;与单作玉米和空心菜相比 ,间作玉米的根系表层分布较多 ,间作空心菜的根长密度有所降低 .这为降低土壤剖面及蔬菜中的硝酸盐累积提供了新的途径 .

丛枝菌根真菌(Glomus caledonium)对铜污染土壤生物修复机理初探

利用盆栽试验,研究了丛枝菌根真菌(Glomuscaledonium)在不同程度铜污染土壤上对玉米苗期生长的影响。结果表明,即使在土壤施铜量达150mg/kg时,菌根真菌对玉米仍有近55%的侵染率;接种菌根真菌,能显著促进玉米根系的生长。菌根玉米的根系生物量和根系长度,平均较未接种处理分别提高108 4%和58 8%;接种处理的植株地上部生物量达到每盆(3株)10 58g,显著高于不施铜的非菌根玉米。这些结果表明,丛枝菌根真菌对铜污染具有较好的抗性;并且由于菌根的形成,使宿主植物明显地改善了对磷的吸收和运输,并能通过抑制土壤酸化、降低土壤可溶态铜的浓度等机制,增强宿主植物对铜污染的抗(耐)性。在150mg/kg施铜水平时,与非菌根玉米相比,菌根玉米地上部和根系铜浓度分别降低24 3%和24 1%,吸铜量分别提高了28 2%和60 0%,表明菌根植物对铜污染土壤具有一定的生物修复作用。

用于修复土壤超积累镉的油菜品种筛选

以锌、镉超积累植物印度芥菜为对照 ,通过镉处理水培试验 ,从 2 2个芥菜型油菜品种中筛选出了 3个修复能力较高的品种。通过模拟镉污染土壤的土培试验 ,研究 3个上述品种的累积镉特征及对镉污染土壤的修复效率。结果表明 :在土壤镉含量为 4 0mg·kg-1条件下 ,油菜川油Ⅱ 10的地上部生物量、相对生物量、地上部吸镉量及对土壤的净化率均高于对照植物印度芥菜和其他筛选出的油菜品种 ;当土壤镉含量为 80mg·kg-1时 ,油菜川油Ⅱ- 10的地上部镉含量达 12 0mg·kg-1以上 ,显著高于印度芥菜 ,具有明显的镉超积累特征和修复镉污染土壤的能力。

北京市平谷区农用地土壤有机质空间变异特征

采用传统统计、地统计及地理信息系统(GIS)相结合的方法,初步研究了北京市平谷区农田土壤有机质(SOM)含量的空间分布规律及其影响因素。传统统计分析结果表明,研究区土壤样本呈对数正态分布,平均值为15.36 g·kg-1,变异系数为0.32,属中等变异程度。方差分析表明,高程和土地利用类型均对研究区SOM含量的分布有显著影响。地统计分析表明,研究区SOM含量空间变异具有一阶趋势和各向异性特征;由空间自相关部分和随机部分引起的空间变异性程度大体相当,具有中等的空间相关性。结合普通Kriging插值方法,获得了研究区SOM含量的空间分布图,比较分析表明研究区农用地SOM含量的空间分布是自然和人为利用因素共同作用的结果。

县域尺度表层土壤质地空间变异与因素分析

【目的】以北京市平谷区为研究区域,采用传统统计和地统计学相结合的方法研究县域尺度下土壤质地空间变异的规律,探究土壤质地空间变异的机理。【方法】采用Levine’s方法进行方差奇次性检验,根据检验结果选取最小显著性差方法(least-significant difference,LSD)对土壤颗粒组成与高程、母质、土地利用和水域分布关系进行研究。空间预测采用普通克里格法,鉴于土壤质地属于成分数据,插值前对原始数据进行对称对数比转换。【结果】不同高程组、母质类型、土地利用类型及水域缓冲区组各颗粒平均含量存在一定的差异性,不同高程组和母质类型的土壤颗粒组成之间的差异性比不同土地利用类型和水域缓冲区明显。总体而言,研究区内随着海拔高度的降低,土壤颗粒呈现由粗变细的趋势;由石英含量较高的酸性岩母质发育的土壤土壤颗粒较粗;菜地土壤颗粒相对较细;随着离水域距离的增大,土壤砂粒含量呈增加趋势。地统计分析结果显示,土壤质地各颗粒表现出极强的空间自相关性,空间变异主要由结构性因素引起。各颗粒空间插值结果表明,土壤各颗粒组成空间分布总体趋势特征比较明显。【结论】传统统计分析和地统计学相结合的方法能够系统和全面地揭示土壤质地空间变异的确定性和随机性,研究区土壤质地空间格局主要受地形、母质等自然因素影响。经过对称对数比转换后,土壤质地各颗粒组成空间预测结果满足成分数据空间插值的要求。

冬小麦/夏玉米轮作中高肥力土壤的持续供氮能力

通过连续3年的冬小麦 夏玉米轮作试验研究高肥力土壤的供氮能力。结果表明,在本试验的高肥力土壤上,存在土壤供氮能力随时间延长而下降的趋势。但在连续3年3个轮作周期6季作物生长过程中,土壤都保持了较高的供氮能力,其中夏玉米季高于冬小麦季,不施氮处理在冬小麦季的相对产量保持在46%～76%,夏玉米季为69%～81%,轮作周期中土壤氮素的表观矿化量为125～184kg hm2,而供氮能力为123～190kg hm2。在考虑土壤供氮能力的基础上,基于土壤植株测试的氮肥优化管理,在连续6季作物中较大幅度地降低了氮肥用量,但却获得了同传统施氮处理一致的产量,保持了较低的土壤无机氮残留量,避免了过量施氮对环境的不良影响。